密封技术
解螺栓的承受极限 , 螺栓可能在某个原本 被认为不会导致性能失效的应力下失效 。 为此推荐采用 VDI 2230 标准 , 它能帮助判 断栓接法兰接口的疲劳状况 。
键的几项 , 以及同样很重要 , 但往往被忽 视的一些因素 。
如果您的职责包括了提升工厂安全 性 , 保护环境免遭有害物质泄漏的危害 , 希望本文能有助于实现并维持密封垫的可
图 3 : 法兰定位不准
封垫发生轴向变形 。
螺栓荷载
在 EN 1591-1 没有作出相应规定的情 况下 , 现场工程师经常被要求根据密封垫 制造商提供的密封垫所需应力值 , 计算出 必要的螺栓拉力 。 重要的是 , 制造商或是 具有足够经验的人员 , 必须先用正规方式 计算密封性能参数 , 并查看发生吹出 ( 冲 出 ) 现象的工况条件 。
如果确定了密封垫承受的应力 、 面 积和螺栓数量 , 那就很容易利用下列方程 式计算出每个螺栓需要施加的拉力 : FB = σg Ag / Bno 。 σg 是密封垫应力 , Ag 是密封 垫的面积 , Bno 是螺栓数量 。 值得指出的 是 , 上述方程式计算得出的螺栓拉力 , 并 不是施加螺栓荷载时需要考量的唯一作用 力 。 设计师为了确保栓接法兰接口实现可 靠的密封 , 下列各项也都是需要考虑的因 素 。
疲劳
高频循环加低应力 , 或者高应力加低 频循环 , 都容易导致部件疲劳 , 而后一种 情况在栓接法兰接口比较常见 。 如果不了
螺栓弯曲
无论程度如何 , 螺栓总是会由于法兰 转动而发生弯曲 。 弯曲会导致螺栓一侧的 拉应力升高 , 而另一侧的拉应力降低 。 评 估螺栓承受的极限应力时 , 螺栓弯曲导致 的额外应力也应该考虑在内 。 图 2 是螺栓 紧固和系统运行之后出现的典型螺栓弯曲 效应 。
管道位移
导致管道位移的原因可能有多种 , 而 位移也会给螺栓施加应力 , 有些情况下会 是极大的应力 。 为了妥善评估这一现象 , 可以进行 “ 柔性 ” 分析 。 但需要提醒设计 师的是 , 即使进行了 “ 柔性 ” 分析 , 也不 排除管道设计被改动 , 或者长期运行后支 撑结构老化的可能性 。 对相关区域的巡 检 , 可能成为发现设备隐患的有效手段 。
法兰的安装 法兰安装不合格的问题 , 在先前的一
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篇欧洲密封协会 ( ESA ) 论文 中已经有过
介绍 。 它可能对螺栓产生剪切力 、 弯曲和 / 或拉伸荷载 。 最好的保护就是严格遵循相 关工程技术标准 。 凭借以往的经验 , 法兰 安装不合格正是栓接法兰接口泄漏的常见 原因 , 发生率仅次于 “ 未遵守正规的密封 级紧固规程 ” 。 因此我们务必要了解 , 扭 矩扳手并不能区分某种作用力是施加给密 封垫的 , 还是由于法兰安装不合格导致拉 伸 、 弯曲 、 扭曲和 / 或剪切而产生的 。
关键的收获
可能会影响栓接法兰接口密封性能的 因素非常多 , 本文重点介绍了其中比较关
靠密封性能 , 以及相关故障排除 , 确保密 封垫性能达到工艺条件所需的等级 。 归根 结底 , 确保栓接法兰接口整体完好性和密 封性能的责任 , 应该由所有参与设计 、 安 装和维护的利益相关者承担 。
参考资料 1 . 欧洲密封协会 ( ESA ) 论文 : 《美国机械 工程师协会标准 “ M ” 和 “ Y ” 因子的应用 历史》 ( A Brief History of ASME M and Y Factors ), 2023 年 6 月 2 . ESA 论文 : 《对法兰的主要作用力 - 第二章》 ( Primary Flange Forces – Part 2 ), 2016 年 5 月 3 . 作为美国机械工程师协会 ( ASME ) 特别工作 组的成员 , 参与负责将密封紧密性的概念纳入 ASME 指令 。 预计将于若干年后完成纳入 。
作者简介
Randy Wacker 是一位拥有四十多年 经验的职业机械工程师 , 擅长密封 级栓接法兰接口的设计和技术规格 制定 。 目前他在 Inertech 有限公司担 任高级顾问 。 Randy 是欧洲密封协会 ( ESA ) 会员 , 曾为美国机械工程师 协会 ( ASME ) 提供关于技术标准开 发的咨询服务 , 并在协会的多个委 员会任职 。 此外他还改编并教授了 “ ASME 栓接接口与密封垫特性 ” 课 程 。
《阀门世界亚洲》 2024 年 12 月刊 47